Grundzüge der Wirtschaftsinformatik WS 2002/03. Wiederholung Java. Programmierzyklus. Heiko Rossnagel Problem

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1 Grundzüge der Wirtschaftsinformatik WS 2002/03 Wiederholung Java Heiko Rossnagel accelerate.com Grundzüge der Wirtschaftsinformatik WS 2002/03 1 Programmierzyklus Problem Formulierung des Problems Entwicklung eines Algorithmus Codierung mit einer Programmiersprache Rechenanlage Editieren Compilieren Ausführen Testen richtig kodiert? richtige Struktur? sind die Ergebnisse Lösungen des gestellten Problems? Grundzüge der Wirtschaftsinformatik WS 2002/03 2

2 Problemstellung 10 Glühbirnen / 10 Personen Zu Beginn sind alle Birnen aus 1. Person schaltet alle Birnen an 2. Person schaltet jede 2. Birne 3. Person schaltet jede 3. Birne 3. Person schaltet jede 3. Birne Grundzüge der Wirtschaftsinformatik WS 2002/03 3 Problemstellung Wie viele Birnen sind am Ende an? Welche Birnen sind an? Allgemeine Lösung für N Birnen und N Personen Grundzüge der Wirtschaftsinformatik WS 2002/03 4

3 Programmierzyklus Problem Formulierung des Problems Entwicklung eines Algorithmus Codierung mit einer Programmiersprache Rechenanlage Editieren Compilieren Ausführen Testen richtig kodiert? richtige Struktur? sind die Ergebnisse Lösungen des gestellten Problems? Grundzüge der Wirtschaftsinformatik WS 2002/03 5 Variablen und Problemgröße // Problemgröße public static final int N=100; // Feld mit Glühbirnen boolean [] birnen= new boolean[n]; Grundzüge der Wirtschaftsinformatik WS 2002/03 6

4 Anmerkungen Konstante um Problemgröße einfach zu verändern (Erfordert erneutes Compilieren) Felder beginnen mit dem Index 0 Als Datentyp wird boolean gewählt (d.h. ein Feldelement ist entweder true oder false) Grundzüge der Wirtschaftsinformatik WS 2002/03 7 Initialisierung der Variablen public void init() for (int i=0; i<n; i++) birnen[i]=true; Methode init zur Initialisierung des Feldes Setzt für jedes Feldelement den Wert auf true Übernimmt dabei die Funktion der ersten Person Grundzüge der Wirtschaftsinformatik WS 2002/03 8

5 Ausgabe public void ausgabe() intcount=0; for (int i=0; i<n; i++) if (birnen[i]) // zum zählen der angeschalteten Birnen // alle Birnen durchgehen // prüfen ob Birne an ist System.out.println("Birne ist an: "+(i+1)); //ausgeben der Nummer count++; // Zähler um eins erhöhen System.out.println(); System.out.println("Insgesamt: "+ count+" Birnen an"); // Leerzeile ausgeben // Anzahl ausgeben Grundzüge der Wirtschaftsinformatik WS 2002/03 9 Berechnungsfunktion (I) public void berechne() for (int i=2; i<=n; i++) // alle Personen durchgehen int j=i-1; // Indexverschiebung Grundzüge der Wirtschaftsinformatik WS 2002/03 10

6 Berechnungsfunktion (II) while (j<n) if (birnen[j]==true) birnen[j]=false; else birnen[j]=true; j=j+i; // alle Birnen durchgehen // wenn Birne an ist // ausschalten // sonst // einschalten // nächste Birne Grundzüge der Wirtschaftsinformatik WS 2002/03 11 Konstruktor public BirnenApp() // Erzeugt neues Objekt init(); // init-methode aufrufen berechne(); // berechne-methode aufrufen ausgabe(); // ausgabe-methode aufrufen Grundzüge der Wirtschaftsinformatik WS 2002/03 12

7 Main Methode public static void main(string[] args) BirnenApp birnenapp= new BirnenApp(); Wird benötigt um Applikation zu starten Ruft Konstruktor auf Grundzüge der Wirtschaftsinformatik WS 2002/03 13 Die Klasse public class BirnenApp public static final int N=100; boolean [] birnen = new boolean [N] public void init() public void ausgabe() public void berechne() public BirnenApp () public static void main(string[] args) Grundzüge der Wirtschaftsinformatik WS 2002/03 14

8 Komplexität public class BirnenApp public static final int N=100; boolean [] birnen = new boolean [N] public void init() N Schritte public void ausgabe() N Schritte N N public void berechne() Schritte i= 2 i public BirnenApp () N N public static void main(string[] args) 2 N + Schritte i= 2 i Grundzüge der Wirtschaftsinformatik WS 2002/03 15 Äquivalente Algorithmen Zu einem Problem kann es viele verschiedene Algorithmen geben (Zwei Algorithmen sind äquivalent, wenn sie für jede Eingabe jeweils die gleiche Ausgabe liefern) Grundzüge der Wirtschaftsinformatik WS 2002/03 16

9 Alternativer Algorithmus Alle Quadratzahlen bis zu Problemgröße N ausgeben und zählen. Ein Feld zur Ergebnisspeicherung wird nicht mehr benötigt Grundzüge der Wirtschaftsinformatik WS 2002/03 17 Alternativer Algorithmus public void berechne() int i=1; int count=0; while ((i*i)<=n) // ausführen bis Quadratzahl > N System.out.println("Birne ist an: "+(i*i)); // Nr. ausgeben count++; // Zähler erhöhen i++; // nächste Basis System.out.println("Insgesamt "+ count+" Birnen an."); // Ergebnis ausgeben Grundzüge der Wirtschaftsinformatik WS 2002/03 18

10 Weitere Vereinfachung class BirnenApp3 public static final int N=100; public static void main(string[] args) int i=1; int count=0; while ((i*i)<=n) System.out.println("Birne ist an: "+(i*i)); count++; i++; System.out.println("Insgesamt "+count+" Birnen an."); Grundzüge der Wirtschaftsinformatik WS 2002/03 19 Komplexität class BirnenApp3 public static final int N=100; public static void main(string[] args) int i=1; int count=0; while ((i*i)<=n) System.out.println("Birne ist an: "+(i*i)); count++; i++; System.out.println("Insgesamt "+count+" Birnen an."); N Schritte Grundzüge der Wirtschaftsinformatik WS 2002/03 20

11 Komplexitätsvergleich Zweiter Algorithmus ( N Schritte) ist deutlich effizienter als erster Algorithmus N N (2N+ Schritte) i= 2 i Aber ist er auch korrekt??? Grundzüge der Wirtschaftsinformatik WS 2002/03 21 Korrektheit und Verifikation Ein Algorithmus heißt korrekt, wenn es genau die vorgegebene Spezifikation erfüllt, also auf alle Eingaben mit den gewünschten Ausgaben reagiert. Verifikation: Formaler Nachweis von Korrektheit eines Programmes (vgl. Testen eines Programmes für einzelne ausgewählte Eingaben) Tatsächlich ist der Beweis der Richtigkeit von Programmen sehr aufwendig. Durch Testen zeigt man, dass eine gewisse Art von Fehlern momentan nicht vorhanden ist. Grundzüge der Wirtschaftsinformatik WS 2002/03 22

12 Beispiel Birne 6 wird von: Person 1 eingeschaltet Person 2 ausgeschaltet Person 3 eingeschaltet Person 6 ausgeschaltet Anzahl der ganzzahligen Faktoren muss ungerade sein, damit sie an ist Grundzüge der Wirtschaftsinformatik WS 2002/03 23 Objektorientierter Ansatz Grundzüge der Wirtschaftsinformatik WS 2002/03 24

13 Die Klasse Birne public class Birne private boolean an; public Birne() this.an = true; public boolean isan() return this.an; public void umschalten() this.an=! this.an; // gibt an ob Birne leuchtet // Konstruktor erzeugt neues Objekt // Birne wird auf an initialisiert // gibt zurück ob Birne leuchtet // schaltet die Birne um // speichert gegenteiligen Wert Grundzüge der Wirtschaftsinformatik WS 2002/03 25 // Feld mit Glühbirnen Birne [] birnen= new Birne[N]; public void init() for (int i=0; i<n; i++) birnen[i]= new Birne(); Feld und Initialisierung Grundzüge der Wirtschaftsinformatik WS 2002/03 26

14 Ausgabe public void ausgabe() int count=0; for (int i=0; i<n; i++) if (birnen[i].isan()) // fragt Birne an Stelle i ob sie an ist System.out.println("Birne ist an: "+(i+1)); count++; System.out.println(); System.out.println("Insgesamt: "+ count+" Birnen an"); Grundzüge der Wirtschaftsinformatik WS 2002/03 27 Berechnung public void berechne() for (int i=2; i<=n; i++) int j=i-1; while (j<n) birnen[j].umschalten(); j=j+i; // schaltet Birne an Stelle i um Grundzüge der Wirtschaftsinformatik WS 2002/03 28

15 Erweiterbarkeit Objektorientierter Ansatz lässt sich besser erweitern. Soll beispielsweise die Birne beim umschalten mit der Wahrscheinlichkeit von 0.5% kaputtgehen, so muss nur das Objekt Birne geändert werden. BirnenAppOO kann ohne Modifikation und ohne erneutes compilieren weiter verwendet werden. Grundzüge der Wirtschaftsinformatik WS 2002/03 29

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